Содержание к диссертации
Введение , 4
Глава 1 Системный анализ оборудования дли получения
мелкодисперсных материалов и выбор путей повышения
эффективности его работы 11
Основные свойства и характеристики мелкодисперсных материалов 11
Систематизация принципов построения оборудования для измельчения материалов 15
Взаимосвязь параметров оборудования и качества мелкодисперсных материалов 40
Основные результаты и выводы по главе 1 47
Глава 2 Разработка динамической модели оборудования и выбор критериев оценки качества его функционирования ... 48
Влияние конструктивных параметров на кинематику и геометрию основных узлов машины 48
Модель динамики работы основных узлов оборудования 59
Влияние основных динамических параметров на качество работы оборудования 73
Основные результаты и выводы по главе 2 82
Глава 3 Разработка методов н средств оперативного получе
ния и обработки информации о техническом состоянии ос
новных элементов оборудования 83
Разработка методики получения информации о техническом состоянии оборудования 83
Анализ принципов получения информации о техническом состоянии оборудования 86
Разработка средств получения информации о техническом состоянии оборудования . 94
Основные результаты и выводы по главе 3 107
Гласа 4 Технологические методы повышспип эффективности
работы оборудования 109
Особенности элементов и узлов вальцового станка 109
Выбор материала и виды термообработки основных деталей .. 111
Влияние технологических параметров на производительность обработки основных деталей 114
Разработка новой технологии изготовления деталей вальцового станка ,, 123
Основные результаты и выводы по главе 4 130
Основные результаты н выводы по работе 131
Перечень принятых сокращении 134
Список используемых источников 135
Приложение А: данные о внедрении 148
Приложение Б 150
Приложение В 152
Введение к работе
В различных областях промышленности и в быту широко применяются мелкодисперсные материалы и смеси, для производства которых используется разнообразное и достаточно сложное технологическое оборудование. В современных условиях, характеризующихся острой конкуренцией производителей, особенно актуальна проблема повышения производительности и качества выпускаемого оборудования. Повышение качества предполагает эффективное использование возможностей существующего оборудования, эксплуатация которого в значительной степени зависит от его технологического состояния. В связи с этим нахождение путей совершенствования технологического оборудования для производства мелкодисперсных материалов является важной задачей перерабатывающей промышленности.
Специфика производства мелкодисперсных материалов заключается в использовании различных технологических процессов (механических, химических и т.д.), в которых применяется, как правило, сложное высокопроизводительное автоматизированное оборудование. Это оборудование должно обеспечивать одновременное выполнение различных технологических задач при большом наборе контролируемых входных и выходных характеристик продукта. Большинство оборудования подобного назначения содержит разветвленные механизмы с нелинейными функциями положения, имеющими большие динамические нагрузки. Возникающие в механизмах дефекты приводят к снижению качества выпускаемого продукта, аварийным остановкам и отказам.
Оборудование для получения мелкодисперсных материалов, в частности мельницы для производства муки, исторически появилось од-
ним из первых. К настоящему времени пути его конструктивного совершенствования в значительной мере исчерпаны [46, 79].
Одним из возможных направлений улучшения эксплуатационных свойств оборудования, повышения его надежности и эффективности является разработка методов и средств оперативного получения и обработки информации о техническом состоянии основных элементов, влияющих на качество функционирования оборудования. Полученная информация в дальнейшем может использоваться для диагностирования оборудования в процессе эксплуатации, а также в системах автоматического управлення и регулирования процесса измельчения.
Применение таких систем возможно не только во вновь проектируемом оборудовании, но и при модернизации существующего, с целью повышения технического уровня машин без значительных материальных затрат. Средства оперативного получения и обработки информации о техническом состоянии объекта позволяют при создании оборудования оценить качество его проектирования и изготовления, а при эксплуатации определить износ и настройку, а также качество ремонта механизма, сопоставляя его параметры с данными, полученными в начале эксплуатации, когда оборудование было еще новым.
Вторым возможным направлением повышения эффективности оборудования является совершенствование технологии изготовления его элементов, ответственных за качество производимого продукта. Совершенствование технологии позволяет улучшить эксплуатационное качество оборудования, в частности долговечность и стабильность работы, а также снизить себестоимость его изготовления.
В данной диссертационной работе в качестве объекта исследования рассмотрено оборудование для получения мелкодисперсных материалов, выпускаемое Пензенскими предприятиями ОАО «Пензтек-
б стильмаш» и ОАО «Пензмаш», а именно вальцовые мукомольные мельницы.
Измельчение материала (зерна) о данном оборудовании происходит за счет одновременного проявления сил сжатия и сдвига в вальцовом станке, непосредственно в вальцовом зазоре. Основным показателем, определяющим техническую исправность вальцового станка, является степень стабильности процесса измельчения в рабочей зоне [8,46].
Значительный вклад в совершенствование вальцовых мельниц внесли известные ученые: Аронов А.Г., Афанасьев А.П., Гернет М.М., Демскнй А.Б., Денисов В.И., Зотьев А.И., Иванов А.В., Петрухин И.П., Селиверстов Б.А., Сергеев Б.М., Цыплаков А.С., Кацнельсон М.У., Штернис В.И,, Руб М.Д. и др.
Контроль качества работы мельниц традиционно производится путем отбора проб и проведения лабораторного анализа муки. Отклонения в работе вальцового станка от нормального режима снижают эффективность процесса измельчения, приводят к ухудшению качества получаемого продукта и увеличению затрат на ремонтные работы. Разработка новых методов оперативного получения и анализа информации о состояния вальцового станка является актуальной задачей, так как позволяет своевременно обнаружить ухудшение работы мельницы, выявить появление дефектов деталей, ответственных за это ухудшение, предотвратить возможность появления брака.
Однако в отечественной практике не применяют средства оперативного определения состояния рабочей зоны вальцового станка. О техническом состоянии судят по изменению производительности, качества продукта, шуму, вибрации и др. показателям [20, 21, 31]. Отсюда понятна важность и актуальность разработки методов и средств оперативного получения и обработки информации о техническом состоянии вальцо-
7 вого станка, особенно о значении межвальцевого зазора и возможных причинах его изменения.
Развитие теории и практики оперативного получения и обработки информации базируется на работах многих ученых и научных коллективов. Весом вклад в это направление Пензенской школы ученых: Шляндина В.М., Осадчего ЕЛ., Шахова Э.К., Щербакова М.А., Годунова А.И., Чуракова П.П., Мартяшина А.И., Светлова А.В., ЦышшаБ.В. Использование научных результатов их работ позволило подойти к решению указанной выше проблемы.
Рабочим органом вальцового станка являются вальцы. Стабильность их формы и состояния поверхности является одним из важнейших факторов, определяющих эффективность и длительность эксплуатации мельницы. Именно это и определяет важность совершенствования технологии изготовления вальцов наряду с методами оперативного получения информации о техническом состоянии вальцового станка в целом. Разработка новых технологических методов обработки рабочей поверхности вальцов, предложенных автором, также базируется на работах ученых Пензенского государственного университета: Трилисского В.О., Скрябина В А., Дорофеева В.Д., Соколова В.О, и Воячека А.И.
Цель работы состоит в разработке методов и средств управления вальцовыми структурами для производства мелкодисперсных материалов, путем оперативного получения и обработки информации о техническом состоянии вальцовых структур и совершенствование технологии изготовления их рабочих органов. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:
-системный анализ и обработка информации о параметрах вальцовых структур в процессе работы в составе оборудования и выбор путей повышения эффективности их работы;
-разработка динамической модели вальцовой структуры и выбор критериев оценки функционирования;
-разработка методов и средств оперативного получения и обработки информации о техническом состоянии основных элементов, влияющих на качество функционирования;
-совершенствование технологии обработки важнейших деталей оборудования, влияющих на качество его работы;
-разработка и внедрение в промышленность средств оперативного получения и обработки информации о техническом состоянии основных элементов и технологии обработки важнейших деталей.
Предмет и методы исследований. Предметом исследования являются системные связи и закономерности функционирования вальцовых структур, а также методы получения и обработки оперативной информации об их техническом состоянии с целью управления процессом получения мелкодисперсных материалов. Результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием методов системного анализа и математического моделирования, законов кинематики и динамики, основных положений теории измерений, методов цифрового спектрального оценивания, а также научных основ технологии машиностроения. Экспериментальные исследования проведены в процессе внедрения и опытно-промышленной эксплуатации разработанной системы идентификации дефектов и в процессе отладки новой технологии.
Научная новизна работы.
Показана взаимосвязь эффективности работы оборудования с кинематическими и динамическими параметрами и качеством изготовления наиболее ответственных деталей.
Проведен системный анализ связей и закономерностей функ-
9 ционирования вальцовых структур, выявлена взаимосвязь параметров вальцовой структуры с качеством перерабатываемого материала. Установлена необходимость оперативного управления работой вальцовой структуры, путём получения и обработки информации о параметрах межвальцового зазора.
Обоснована возможность использования методов цифрового спектрального оценивания для выявления и идентификации дефектов оборудования по параметрам изменения межвальцового зазора.
Разработана и внедрена система оперативного получения и обработки информации о значении межвальцового зазора.
Обоснована возможность применения прогрессивного материала инструмента для обеспечения стабильной механической обработки.
Получена математическая модель, определяющая взаимосвязь съёма металла и шероховатости поверхности и режимных параметров обработки.
Разработана и внедрена новая прогрессивная технология производительной и качественной обработки вальцов.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований к практическому использованию предложены:
Рекомендации по выбору конструктивных параметров, уменьшающих колебания межвальцового зазора.
Принцип построения и структура системы для оперативного получения информации о значении межвальцового зазора.
Методика обработки информации о значениях межвальцового зазора, позволяющая произвести идентификацию дефектов вальцовой структуры.
Научно-обоснованные практические рекомендации по выбору рациональных значений, технологических режимов обработки поверх-
пости вальцов в зависимости от различных исходных условий.
Реализации п промышленности. В результате проведенных исследований разработана, изготовлена и внедрена в ОАО «Пензтекстнль-маш» микропроцессорная система для получения и обработки информации о состоянии вальцовой структуры с целью оперативного управления межвальцовым зазором и новая технология черновой и чистовой обработки вальцов на оборудовании повышенной точности.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международной научно-технической конференции «Точность технологических и транспортных систем» (Пенза, 2000); на VIII международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003); VI международной научно-методической конференции «Университетское образование» (Пенза, 2004); ежегодных научно-технических конференциях Пензенского государственного университета (2000-2004).
Публикации. По материалам работы опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов по работе, библиографического списка из 118 наименований и трёх приложений. Общий объем работы - 150 страниц, включая 41 рисунок и 6 таблиц. Библиографический список и приложения выполнены на 19 страницах.
